Очистка питьевой воды — это освобождение от взвешенных в ней веществ и уменьшение ее цветности в соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды. Удаление мутности и снижение цветности (осветление) воды достигается путем ее отстаивания в специальных отстойниках. Однако очень мелкие частицы взвешенных веществ и гуминовые соединения не выпадают из воды даже при длительном отстаивании. Для увеличения эффективности осветления воду обрабатывают специальными химическими реагентами — коагулянтами, чаще всего солями трехвалентных металлов. Частицы коагулянта, взаимодействуя со взвешенными веществами и гуминовыми соединениями, связывают их в хлопья, которые быстро оседают на дно отстойника. В последнее время для ускорения процесса коагуляции в воду добавляют так называемые флоккулянты. Чаще всего в качестве флоккулянта используются высокомолекулярные соединения, например полиакриламид. Для окончательного осветления воду пропускают через медленно действующие или скорые фильтры. При медленной фильтрации через фильтрующий слой песка вода проходит со скоростью 0,1 — 0,3 м/час, при этом в результате задержки взвешенных веществ, личинок и яиц гельминтов, а также значительного количества бактерий в верхнем слое песка образуется так называемая биологическая пленка, способствующая эффективности фильтрации. Медленные фильтры могут работать без предварительной коагуляции воды и используются на малых водопроводах, главным образом в сельских населенных пунктах. Через скорые фильтры вода фильтруется со скоростью 5—8 м/час, в верхнем слое песка также образуется пленка из хлопьев коагулянта, улучшающая фильтрацию.
Используются также новые конструкции фильтров повышенной производительности: двухслойные, в которых фильтрующий слой состоит из песка и дробленого антрацита, двухпоточные, в которых вода подается сверху и снизу, а отводится по трубам из толщи фильтрующего слоя, а также так называемые контактные осветлители, в которые подается вода и раствор коагулянта и которые заменяют собой отстойники и фильтры. В этом типе сооружений коагуляция и задержка хлопьев коагулянта и взвешенных частиц происходят в толще фильтрующего слоя.
После коагуляции, отстаивания и фильтрования вода становится прозрачной и бесцветной, в значительной степени уменьшается ее бактериальное загрязнение. Окончательное обеззараживание воды — удаление из нее болезнетворных микроорганизмов — производится путем ее хлорирования, озонирования, воздействия ультрафиолетовыми бактерицидными лучами, ультразвуком высокой интенсивности, ультракороткими радиоволнами, радиоактивным излучением путем использования бактерицидных свойств серебра, меди и др. Хлорирование питьевой воды осуществляется применением газообразного хлора, хлорной извести, хлорамина, пантоцида, двуокиси хлора и др. Хлор, проникая в микроорганизмы, разрушает их ферментную систему. При простом хлорировании осветленной воды величина дозы определяется хлоропоглощаемостью (в среднем 0,5—1 мг/л). Для более надежного эффекта, если вода очень загрязнена, производится двойное хлорирование — до очистки воды и после нее. Если в воде имеются вещества, которые могут придать ей неприятный запах и привкус после хлорирования, к воде предварительно добавляют аммиак или аммонийные соли. При хлорировании воды большими дозами хлора (в 5—10 раз большими, чем при обычном хлорировании) последующее дехлорирование производится физическими, (фильтры с активированным углем) или химическими средствами (тиосульфат натрия, двуокись серы, сульфат натрия и т. п.). Озонирование воды производится при помощи специальных аппаратов — озонаторов, из которых воздух, обогащенный озоном (O3), поступает в воду и с ней смешивается. В воде 03 отдает атом кислорода и создает высокий окислительный потенциал. Применяется этот метод при централизованном водоснабжении. Обеззараживание питьевой воды ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком и др. производится при помощи специальной аппаратуры.
При необходимости удаления из воды избыточного количества железа производится ее обезжелезивание путем разбрызгивания воды на специальных сооружениях с целью ее аэрации и окисления двухвалентного железа в трехвалентное и последующей фильтрации для его задержки. Устранение привкусов и запахов воды (дезодорация) осуществляется фильтрацией воды через активированный уголь, обработкой большими дозами хлора, озонированием и др.
При высокой жесткости воды производят ее умягчение. В домашних условиях умягчение достигается кипячением воды, при котором выпадают в осадок соли кальция и магния.
На коммунальных водопроводах для умягчения используется содово-известковый метод. Наиболее совершенным методом умягчения воды является фильтрование ее через так называемые ионообменные фильтры, в которых фильтрующий слой представляет собой материал, обладающий свойством обменивать содержащиеся в них ионы на ионы солей, растворенных в воде.
При санитарном контроле за обработкой воды пробы отбираются по ходу технологического процесса: у места забора воды из водоисточника, после отстойников, фильтров и резервуаров, а также из водоводов. Пробы отбираются средним медперсоналом в соответствии с существующими специальными инструкциями. Очистка воды в полевых условиях производится главным образом в целях ее обеззараживания и обезвреживания. Обезвреживание питьевой воды имеет целью удалить из воды отравляющие вещества и яды или превратить их в менее токсичные соединения. Вода, подлежащая обезвреживанию, фильтруется через активированный уголь специального приготовления (карбоферрогель), производится хлорирование воды большими дозами активного хлора (например, для удаления из воды иприта). Каждое ОВ или группа ОВ в воде обезвреживается по особой технологии. Обезвреживание мышьяковистых соединений достигается их окислением и превращением в нерастворимые соединения.
Зарин, зоман обезвреживаются добавлением к воде, в которой они находятся, 5 мг/л кальцинированной соды на 1 мг/л этих веществ, находящихся в воде. После добавления кальцинированной соды воду в течение 1 часа тщательно размешивают, после чего она обезвреживается. Для очистки воды в полевых условиях применяют автомобильные фильтровальные станции, тканево-угольные фильтры, универсальные носимые фильтры и подвижные опреснительные установки. См. также Водоснабжение.
Очистка воды (питьевой) — улучшение состава и свойств природной воды с целью приведения ее в соответствие с требованиями государственного стандарта (ГОСТ) на качество питьевой воды.
Очистка воды поверхностных источников осуществляется на водоочистных установках: отстойниках, фильтрах; в них происходит осветление воды нередко в сочетании о обесцвечиванием или дезодорацией.
Осветление воды — освобождение ее от взвешенных веществ различной степени дисперсности. Удаление крупных частиц достигается путем отстаивания в отстойниках, в которых вода движется с малой скоростью. По направлению движения воды различают отстойники горизонтальные и вертикальные. Вода из отстойников направляется на фильтры, загруженные мелким речным песком. Осветляемая вода проходит через песок и отводится при помощи находящегося на дне фильтра дренажа в резервуары чистой воды.
Благодаря образующейся на поверхности песка пленке из минеральной и коллоидной взвеси, фильтры задерживают мельчайшую муть, яйца гельминтов, а также до 99% бактерий. Изложенный процесс простого осветления требует от 8 до 24 часов отстоя и очень малой скорости фильтрации — до 0,1 м/час, что сильно ограничивает производительность очистных сооружений. Установки этого типа используются лишь на малых (сельских) водопроводах.
На крупных водопроводах для устранения цветности поверхностных вод, вызывающейся обычно коллоидными гуминовыми веществами, применяется осветление с предварительной коагуляцией по схеме: коагулирование → отстаивание → фильтрация. Коагулянты (сульфат алюминия, сернокислое железо и др.), добавляемые к воде в определенных дозах, образуют в ней гидроокиси в виде хлопьев, которые сравнительно быстро осаждаются затем в отстойниках, увлекая с собой мелкодисперсную взвесь и гуминовые вещества. Однако достаточная степень осветления и обесцвечивания воды достигается после ее фильтрации на скорых фильтрах. Эти фильтры отличаются большей крупностью песка, значительно большей быстротой фильтрации — 5 м/час и более. При этом методе очистки воды степень и надежность задержки бактерий меньшая (не более 90%); поэтому осветленная таким образом вода требует обязательного обеззараживания (см. Обеззараживание питьевой воды).
Рис. 1. Схема осветлителя: 1 — осветленная вода; 2 — камера реакции вихревого типа; 3 — зона взвешенного осадка; 4 — подача неочищенной воды; 5 — выпуск осадка; 6 — шламоуплотнитель.
В последние годы вместо обычных вертикальных отстойников применяются отстойники со взвешенным осадком, специально накапливаемым на дне отстойника слоем в 2—2,5 м. Вода, поступающая в отстойник, проходит через этот слой, который играет роль своеобразного фильтра, задерживающего взвеси, благодаря чему создаются условия большего контакта воды с поверхностью хлопьев коагулянта. В результате эффект осветления и обесцвечивания воды повышается (рис. 1).
Вместо обычных скорых фильтров часто применяются фильтры Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова (АКХ), в которых вода подается сверху и снизу, а дренажные трубы для отвода профильтрованной воды расположены в толще песка на границе между верхней и средней третью фильтрующего слоя. Фильтрация одновременно сверху вниз и снизу вверх через слой более крупного гравия и песка повышает грязеемкость фильтра более чем в 2 раза, позволяет повысить скорость фильтрации до 12 м/час.
Для сравнительно мало загрязненных поверхностных вод нередко применяется схема осветления воды без отстаивания: коагулирование → фильтрация. Процесс коагуляции — реакция образования хлопьев и их задержка вместе с сорбированными взвесями воды — происходит в толще фильтра быстрей за счет лучших условий контакта. Эти фильтры получили название контактных осветлителей (рис. 2); они экономны в строительстве, но требуют умелой и тщательной эксплуатации.
Рис. 2. Схема контактного осветлителя: 1 — подача промывной воды; 2 — подача речной воды; 3 — зернистая загрузка; 4 — отвод, осветленной воды; 5 — сборный карман; 6 — отвод промывной воды; 7 — сток.
Частое использование водохранилищ в качестве источников водоснабжения вызывает необходимость прибегать к устранению запаха воды, который образуется в результате гидробиологических процессов, особенно при загрязнении водоемов сточными водами. Наиболее эффективно дезодорация воды достигается окислением пахнущих: веществ в процессе обеззараживания воды (озоном, двуокисью хлора). Практически наиболее доступным является сорбционный: процесс дезодорации путем углевания, то есть введения в воду определенных доз порошкообразного активированного угля.
Очистка воды подземных водоисточников, как правило, имеет своей целью улучшение их органолептических свойств (прозрачности, вкусовых качеств), уменьшение жесткости воды или устранение из воды вредных для здоровья веществ. Это достигается путем обезжелезивания воды (аэрацией с последующим удалением хлопьев гидроокиси железа отстаиванием и фильтрацией), опреснением, или умягчением, воды, то есть уменьшением солевого состава или только солей жесткости (см. Опреснение веды) или обесфториванием путем обработки воды сернокислым алюминием или фильтрованием через ионообменные материалы — аниониты.
Выбор принципиальной схемы, методов и наиболее рациональных типов сооружений и аппаратуры для очистки воды на водопроводах должен производиться с учетом качества воды источника водоснабжения, гигиенических требований к качеству питьевой воды, предусмотренных стандартом, а также простоты и надежности в эксплуатации. См. также Вода, Водоснабжение.